道路軟土地基淺層處置沉降與穩(wěn)定分析

王 震 漳州市平原市政工程設(shè)計(jì)有限公司，福建 漳州 363000

1 引言

道路工程建設(shè)由于地基問題引起的危害大略有三個(gè)方面:(1)強(qiáng)度及穩(wěn)定性問題。由于道路路堤填筑，當(dāng)?shù)鼗目辜魪?qiáng)度不足以承受路堤和路面的外荷載時(shí)，地基會產(chǎn)生局部或整體的剪切破壞，造成路堤沉陷、塌方、失穩(wěn);(2)沉降變形問題。當(dāng)?shù)鼗谏喜亢奢d及外部荷載的作用下產(chǎn)生過大的沉降變形時(shí)，會影響道路的正常使用，特別是產(chǎn)生過大的不均勻沉降時(shí)，會造成路面開裂破壞;(3)地震、車輛震動等動力荷載可能引起地基土特別是飽和無粘性土的液化、失穩(wěn)及震陷等。換土墊層法的處治原理是將軟弱土或不良土開挖至一定深度，回填抗剪強(qiáng)度高，壓縮性較小的巖土材料，并分層壓實(shí)形成雙層地基，墊層能有效擴(kuò)散基底壓力，可提高地基承載力、減小沉降。因此，如果能充分發(fā)揮換土墊層法在軟土路基中的應(yīng)用，從道路工程的投資和使用效果上都至關(guān)重要。

2 工程實(shí)例

本工程實(shí)例路線總長1.6km，道路紅線寬45m，道路等級為城市次干路，設(shè)計(jì)速度40km/h，機(jī)動車道為雙向六車道，兩側(cè)分別設(shè)置綠化帶、非機(jī)動車道、人行道等。道路沿線經(jīng)過農(nóng)田、果園，路基主要以填方為主。以下就該路段軟土地基設(shè)計(jì)進(jìn)行分析計(jì)算。

2.1 工程地質(zhì)概況

根據(jù)工程勘察報(bào)告，擬建場地目前比較穩(wěn)定，不會產(chǎn)生滑坡、崩塌、泥石流、危巖、巖溶等不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害。擬建道路有軟弱土分布。場地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)暗溝、暗河、洞穴、暗濱等對工程不利的地下埋藏物。

(1)人工填土層:①素填土及②耕土:層厚2.7m，為軟弱土層，屬高壓縮性土，呈松散狀態(tài)，均勻性差，工程地質(zhì)性能差。

(2)全新統(tǒng)沖積層:③粉質(zhì)粘土:層厚3.4m，為中軟土層，屬中等壓縮性土，厚度變化較大，呈可塑狀態(tài)，容許承載力值為150KPa，土的均勻性較差，工程地質(zhì)性能一般;④淤泥:層厚2.8m，為軟弱土，屬高壓縮性土，厚度變化較大，呈流塑狀態(tài)，容許承載力值為45KPa，土的均勻性較差，工程地質(zhì)性能很差;⑤中砂:層厚10.4m，土質(zhì)不均，厚度變化較大，呈中密狀，局部為稍密狀，屬中等強(qiáng)度土層，均勻性差，容許承載力值為250KPa。

(3)上更新統(tǒng)沖洪積層:⑥粗砂:土質(zhì)不均。埋深較大，呈中密狀，屬中等強(qiáng)度土層，均勻性一般，容許承載力值為350KPa。

(4)殘積層:⑦殘積粘性土:為中軟土，可塑～堅(jiān)硬，容許承載力值為220KPa，土的均勻性一般，工程地質(zhì)性能較好。

2.2 特殊路基處理方法

從本工程地質(zhì)概況可以看出，表層人工填土及淤泥層均為軟弱土層，工程地質(zhì)性能差，不宜直接作為擬建道路的地基持力層，且淤泥層埋深較深，若采用排水固結(jié)或復(fù)合地基等深層處理方法顯然是沒問題的。本設(shè)計(jì)方案從投資和使用效果的角度出發(fā)，提出采用換土墊層法進(jìn)行處理。處理軟基的首要問題是排水，排除具有自由水性質(zhì)的孔隙水，降低天然含水量加快軟土固結(jié)速度以達(dá)到提高其承載能力的目的，本工程采用的處治方法是挖除表層素填土2.0m，然后換填中粗砂，并在中粗砂中設(shè)置一層雙向土工格柵進(jìn)行加筋處理，以增大壓力擴(kuò)散角，提高路基穩(wěn)定性。中粗砂層做為路基中孔隙水排出的通道，作用是排水固結(jié)，并擴(kuò)散路基填土自重及壓路機(jī)械作用在軟基上的附加應(yīng)力，以及防止地下水上升浸濕新填土，避免產(chǎn)生彈軟土。

2.3 沉降及穩(wěn)定性計(jì)算

(1)計(jì)算依據(jù):《巖土工程勘察報(bào)告》。

(2)計(jì)算簡圖(見圖1)

圖1

(3)計(jì)算條件。計(jì)算目標(biāo):計(jì)算沉降和穩(wěn)定;路堤設(shè)計(jì)高度:3.100(m);路堤設(shè)計(jì)頂寬:45.000(m);路堤邊坡坡度:1:1.5;工后沉降基準(zhǔn)期結(jié)束時(shí)間表1:36(月);荷載施加級數(shù):2。

路堤土層數(shù):2

表2 地基土層數(shù):4 地下水埋深:3.200(m)

表3 淺層處置

①固結(jié)度計(jì)算參數(shù)。地基土層底面:不是排水層;固結(jié)度計(jì)算采用方法:微分方程數(shù)值解法;多級加荷固結(jié)度修正時(shí)的荷載增量定義為“填土高* 容重”;填土-時(shí)間-固結(jié)度輸出位置距離中線距離:0.000(m);填土-時(shí)間-固結(jié)度輸出位置深度:0.000(m)。

②沉降計(jì)算參數(shù)。地基總沉降計(jì)算方法:經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法;主固結(jié)沉降計(jì)算方法:e-p 曲線法;沉降計(jì)算不考慮超載;沉降修正系數(shù):1.200;沉降計(jì)算的分層厚度:0.500(m);分層沉降輸出點(diǎn)距中線距離:0.000(m);壓縮層厚度判斷應(yīng)力比=15.000%;基底壓力計(jì)算方法:按多層土實(shí)際容重計(jì)算;計(jì)算時(shí)考慮彌補(bǔ)地基沉降引起的路堤增高量;工后基準(zhǔn)期起算時(shí)間:最后一級加載(路面施工)結(jié)束時(shí)。

③穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)。穩(wěn)定計(jì)算方法:總應(yīng)力法(瑞典條分法);加載與路堤竣工的間隔時(shí)間(月):1;穩(wěn)定計(jì)算不考慮地震力;穩(wěn)定計(jì)算目標(biāo):自動搜索最危險(xiǎn)滑裂面;條分法的土條寬度:1.000(m);搜索時(shí)的圓心步長:1.000(m);搜索時(shí)的半徑步長:0.500(m)。

(4)各級加荷的沉降計(jì)算。第1 級加荷，從0.0～1.0 月;加載開始時(shí)，路基計(jì)算高度=0.000(m)，沉降=0.000(m);加載結(jié)束時(shí)，路基計(jì)算高度=2.420(m)，沉降=0.020(m);第2 級加荷，從7.0～8.0 月;加載開始時(shí)，路基計(jì)算高度=2.420(m)，沉降=0.020(m);加載結(jié)束時(shí)，路基計(jì)算高度=3.123(m)，沉降=0.024(m)。

(5)路面竣工時(shí)及以后的沉降計(jì)算?；鶞?zhǔn)期開始時(shí)刻:最后一級加載(路面施工)結(jié)束時(shí)刻;考慮沉降影響后，路堤的實(shí)際計(jì)算高度為=3.123(m);路面竣工時(shí)，地基沉降=0.024(m);基準(zhǔn)期內(nèi)的殘余沉降=0.000(m);基準(zhǔn)期結(jié)束時(shí)，地基沉降=0.024(m);最終地基總沉降=1.200* 0.350=0.420(m)。

(6)穩(wěn)定計(jì)算:①第1 級加荷，從0.0～1.0 月，路基設(shè)計(jì)高度2.400(m)，路基計(jì)算高度(考慮沉降響)2.420(m)，加載結(jié)束時(shí)穩(wěn)定結(jié)果。最不利滑動面:滑動圓心=(1.936，3.871)(m);滑動半徑=6.568(m);滑動安全系數(shù)=1.494;總的下滑力=124.658(kN);總的抗滑力=186.207(kN);土體部分下滑力=124.658(kN);土體部分抗滑力=156.207(kN);筋帶的抗滑力=30.000(kN);地震作用下滑力=0.000(kN)。②第2 級加荷，從7.0～8.0 月，路基設(shè)計(jì)高度3.100(m)，路基計(jì)算高度(考慮沉降響)3.123(m)，加載結(jié)束時(shí)穩(wěn)定結(jié)果:最不利滑動面:滑動圓心=(2.499，3.123)(m);滑動半徑=5.811(m);滑動安全系數(shù)=1.498;總的下滑力=155.032(kN);總的抗滑力=232.278(kN);土體部分下滑力=155.032(kN);土體部分抗滑力=171.191(kN);筋帶的抗滑力=30.000(kN);地震作用下滑力=0.000(kN)。③第9.0 月施加超載，路基設(shè)計(jì)高度3.100(m)，路基計(jì)算高度(考慮沉降影響)3.123(m)，加載時(shí)穩(wěn)定結(jié)果。最不利滑動面:滑動圓心=(2.499，3.123)(m);滑動半徑=5.811(m);滑動安全系數(shù)=1.452;總的下滑力=165.170(kN);總的抗滑力=239.827(kN);土體部分下滑力=165.170(kN);土體部分抗滑力=175.126(kN);筋帶的抗滑力=30.000(kN);地震作用下滑力=0.000(kN)。

3 結(jié)語

軟土地基在選擇處理措施時(shí)，應(yīng)考慮地基條件、公路條件及施工條件，尤其要考慮處理措施的特點(diǎn)、對地基的適用性和效果，來確定符合處理目的的處理措施;從而保證路基的穩(wěn)定。本文通過理論計(jì)算對軟土路基淺層處治的沉降與穩(wěn)定進(jìn)行分析，雖然計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求，但施工期間還應(yīng)注意對路堤施工進(jìn)行動態(tài)觀測，即進(jìn)行沉降和穩(wěn)定的動態(tài)觀測，不同測定項(xiàng)目的觀測點(diǎn)盡可能布置在同一橫斷面上，便于觀測和測點(diǎn)的保護(hù)，也便于數(shù)據(jù)分析。

［1］龔曉南主編.《地基處理手冊》(第三版).中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］交通部第二公路勘察設(shè)計(jì)院主編.公路設(shè)計(jì)手冊《路基》.人民交通出版社，2001.